開關(guān)電源的原理及維修方法和技巧

1、技術(shù)論文論文題目：開關(guān)電源的原理及維修方法和技巧單 位：鐵運(yùn)中心機(jī)務(wù)車間姓 名： 黃 江 華 工 種： 維 修 電 工 現(xiàn)等級(jí)（職稱）： 技 師 申報(bào)等級(jí)（職稱）：高 級(jí) 技 師 2015年10月摘要：隨著全球?qū)δ茉磫栴}的重視，電子產(chǎn)品的耗能問題將愈來愈突出，如何降低其待機(jī)功耗，提高供電效率成為一個(gè)急待解決的問題。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源雖然電路結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，但它存在著效率低、體積大、銅鐵消耗量大，工作溫度高及調(diào)整范圍小等缺點(diǎn)。為了提高效率，人們研制出了開關(guān)式穩(wěn)壓電源，它的效率可達(dá)85% 以上，穩(wěn)壓范圍寬，除此之外，還具有穩(wěn)壓精度高、是一種較理想的穩(wěn)壓電源。正因?yàn)槿绱?，開關(guān)式穩(wěn)壓電源已廣泛應(yīng)用

2、于各種電子設(shè)備中。由于開關(guān)電源常工作在惡劣的環(huán)境當(dāng)中，原件老化快，并且防水性能差，開關(guān)電源難免也有損壞。數(shù)年來，本人對(duì)我廠諸多電子設(shè)備的開關(guān)電源的現(xiàn)場維修和調(diào)試，總結(jié)積累了一些排除開關(guān)電源故障的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，本著先簡后難，先明到暗，先外到內(nèi)的原則，做到“望聞問切”，雖然不是什么“靈丹妙藥”，但也能“藥”到病除。本文就重點(diǎn)介紹開關(guān)電源的原理及維修方法和技巧。關(guān)鍵詞： 整流 啟動(dòng) 穩(wěn)壓 過流 反饋 保護(hù) 一，開關(guān)電源的工作原理。開關(guān)式穩(wěn)壓電源接控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種，在實(shí)際的應(yīng)用中，調(diào)寬式使用得較多，在目前開發(fā)和使用的開關(guān)電源集成電路中，絕大多數(shù)也為脈寬調(diào)制型。因此下面就主要介紹調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓

3、電源。 調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理可參見下圖。 對(duì)于單極性矩形脈沖來說，其直流平均電壓Uo取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓。可由公式計(jì)算， 即Uo=UmT1/T 式中Um為矩形脈沖最大電壓值；T為矩形脈沖周期。T1為矩形脈沖寬度。 從上式可以看出，當(dāng)Um 與T 不變時(shí)，直流平均電壓Uo 將與脈沖寬度T1 成正比。這樣，只要我們?cè)O(shè)法改變脈沖的寬度，就可以達(dá)到穩(wěn)定電壓的目 。 開關(guān)電源的典型電路如圖二所示。 當(dāng)開關(guān)管VT1 導(dǎo)通時(shí)，高頻變壓器初級(jí)繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，整流二極管VD1處于截止?fàn)顟B(tài)，在初級(jí)繞組中儲(chǔ)存能量。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時(shí)，變壓器初級(jí)繞組中

4、存儲(chǔ)的能量，通過次級(jí)繞組及VD1 整流和電容濾波后向負(fù)載輸出。二， 懂得了開關(guān)電源的工作原理，下面以集成電路(uc3842)為例，講一下開關(guān)電源的維修方法及技巧。典型電路圖如下： 集成電路uc3842為脈沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成?？刂齐娐酚脕碚{(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。1. 整流濾波電路。交流市電壓經(jīng)D14整流及C5濾波后，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓（300v），該電壓進(jìn)人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個(gè)方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷?。檢修一臺(tái)開關(guān)電源前，首先要將電路板初略檢查一遍，看看

5、那些電壓高、電流大、發(fā)熱量大的區(qū)域的電路有無斷裂、燒焦、異味；電容是否有鼓包、炸裂、漏液；保險(xiǎn)管是否明顯變色，燒斷；電阻是否燒糊，燒斷。例：維修上圖開關(guān)電源，目測發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)管發(fā)黑，說明電路有短路；C5濾波電容炸裂，說明電路濾波不良。更換保險(xiǎn)管及濾波電容，再用萬用表在線測量C5兩端的正反向電阻為0（正常值是幾k到10幾k）,說明短路故障并未排除。斷開場效應(yīng)管D極，繼續(xù)測量C5兩端的正反向電阻還是為0，說明短路點(diǎn)在整流濾波之前，對(duì)整流橋的二極管一一進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)整流橋已經(jīng)擊穿短路。更換整流橋，恢復(fù)電路，在次級(jí)C15電容兩端接12v燈泡做假負(fù)載，通電試機(jī)，燈泡點(diǎn)亮，開關(guān)電源恢復(fù)正常?？偨Y(jié)：開關(guān)電源的整

6、流濾波電路易損元件一般有保險(xiǎn)管，整流橋及主濾波電容。更換完元件后，一定要對(duì)電路再次測量，直到短路點(diǎn)解除后方可通電。2. 啟動(dòng)電路。開關(guān)電源uc3842啟動(dòng)電路分為兩路：交流市電壓經(jīng)D14整流及C5濾波后，經(jīng)R6降壓向UC3842的7腳提供17v的啟動(dòng)電壓。正常情況UC3842的6腳就會(huì)輸出矩形開關(guān)脈沖，開關(guān)變壓器就會(huì)起振。開關(guān)變壓器起振后3腳感應(yīng)出電流經(jīng)D6整流C10濾波后向UC3842的7腳提供穩(wěn)定持續(xù)的直流工作電壓。對(duì)于保險(xiǎn)絲完好，元件沒有明顯熱損壞的三無機(jī)器，我們應(yīng)首先測量uc3842的7腳工作電壓。常見故障有R6啟動(dòng)電阻斷路，C10是3842的電源濾波電容，雖然他出現(xiàn)故障相對(duì)少一些，但

7、他促成的一些故障現(xiàn)象更應(yīng)注意。它容量的大小及漏電程度的大小可造成啟動(dòng)難、不啟動(dòng)等一系列故障。例：將開關(guān)電源通電，C5兩端有300v電壓，次級(jí)各路電壓為零，電路沒有起振。測量uc3842的7腳電壓只有7v，電壓明顯偏低（正常啟動(dòng)電壓最少16v）。對(duì)啟動(dòng)電路的幾個(gè)元件R6，C10,D6一一測量，發(fā)現(xiàn)D6擊穿。更換D6，通電，電路工作還是不正常（電壓只有11v），繼續(xù)更換C10，通電電路恢復(fù)。總結(jié)：C10,D6長期處在高頻整流濾波狀態(tài)，極容易損壞（C10電容容易干枯失效，D6容易擊穿或軟擊穿），維修這類啟動(dòng)電路時(shí)，不必測量C10和D6，因?yàn)橛袝r(shí)候用萬用表根本量不出來，應(yīng)對(duì)這兩個(gè)元件直接予以更換，更換

8、時(shí)最好使用品牌電容和快恢復(fù)二極管，會(huì)有立竿見影的效果。3. 電壓采樣電路。該開關(guān)電源的電壓采樣電路是由： 光電耦合器CP817和三端可穩(wěn)壓管TL431等組成。該電路反應(yīng)了輸出電壓的變化；當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，經(jīng)電阻R13及R14分壓后輸入TL431的2腳參考電壓也升高，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值升高，流過光耦中發(fā)光二極管的電流減少，流過光電三級(jí)管的電流也相應(yīng)的減少，誤差放大器的輸入反饋電壓降低，導(dǎo)致uc3842腳6輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比變小，于是輸出電壓下降，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。當(dāng)穩(wěn)壓采樣電路出現(xiàn)故障時(shí)可以在R13的兩端并聯(lián)一只10k的滑動(dòng)電阻，首先把滑動(dòng)電阻的阻值扭到最大，接好24v假負(fù)載，然后接通電源，慢慢減小

9、滑動(dòng)電阻的阻值，看假負(fù)載兩端電壓是否有變化（應(yīng)該慢慢升高），如果沒有變化，可以借助萬用表依次測量：tl431的k端應(yīng)該電壓升高（不升高tl431壞），光耦的發(fā)光二極管通光量減少，流過光電三級(jí)管的電流也相應(yīng)的減少，uc3842的2腳電壓降低（電壓沒有降低光耦壞）。順著電路測量查到哪一個(gè)點(diǎn)沒有電壓變化，就是電路前面一個(gè)元件壞了，這種“順藤摸瓜”的方法在電路中非常實(shí)用，可以很快的找到故障點(diǎn)。4. 過流保護(hù)路。過載和短路保護(hù)，一般是通過在開關(guān)管的源極串一個(gè)電阻（R9 0.2），把電流信號(hào)送到3842的第3腳來實(shí)現(xiàn)保護(hù)（大于1v保護(hù)）。當(dāng)電源過載時(shí)，3842保護(hù)動(dòng)作，使占空比減小，輸出電壓降低，3842

10、的7腳供電電壓也跟著降低，當(dāng)?shù)偷?842不能工作時(shí)（15v），整個(gè)電路關(guān)閉，然后靠R6開始下一次啟動(dòng)過程。這被稱為“打嗝”式保護(hù)。在這種保護(hù)狀態(tài)下，電源只工作幾個(gè)開關(guān)周期，然后進(jìn)入很長時(shí)間（幾百ms到幾s）的啟動(dòng)過程，平均功率很低，即使長時(shí)間輸出短路也不會(huì)導(dǎo)致電源的損壞。5. 尖峰吸收電路。由于漏感等原因，開關(guān)電源在每個(gè)開關(guān)周期有很大的開關(guān)尖峰，開關(guān)的通斷產(chǎn)生較大電流浪涌與電壓浪涌。所以在開關(guān)電源的初級(jí)線圈要增設(shè)尖峰吸收電路，并且與初級(jí)線圈并聯(lián)。一般由整流二極管D5上串一個(gè)電阻（R1）和C6形成RC濾波，濾掉開通瞬間的尖峰。尖峰吸收電路出現(xiàn)故障時(shí)，開關(guān)管會(huì)承受很高的逆程電壓，使開關(guān)管發(fā)熱嚴(yán)重，

11、加速老化，甚至擊穿燒毀。 6. UC3842好壞判斷。在更換完外圍損壞的元器件后，先不裝開關(guān)管，加電測UC3842的腳電壓，若電壓在10-17v間波動(dòng)，其余各腳也分別有波動(dòng)的電壓，則說明電路已起振，UC3842基本正常；若腳電壓低，其余管腳無電壓或不波動(dòng)，則UC3842已損壞。在UC3842的、腳間外加左右的直流電壓，若測腳有電壓，、腳也有不同的電壓，則UC3842基本正常，由于它工作電流小，自身不易損壞。它損壞的最常見原因是電源開關(guān)管短路后，高電壓從極加到其腳而致使其燒毀。而有些機(jī)型中省去了極接地的保護(hù)二極管，則電源開關(guān)管損壞時(shí)，UC3842和極外接的限流電阻會(huì)一同壞。此時(shí)直接更換即可。需要

12、注意的是，電源開關(guān)管源極（極）通常接一個(gè)小阻值、大功率的電阻作為過流保護(hù)檢測電阻。由于此電阻阻值小，要求精度高（電阻的阻值一般在0.2-0.6）之間，大于此值會(huì)出現(xiàn)帶不起負(fù)載的現(xiàn)象（就是次極電壓偏低）。出現(xiàn)這些情況，過流取樣電阻大多都脫不了關(guān)系。所以在遇到這些情況的時(shí)候，順便檢查一下此電阻的阻值。當(dāng)我們更換該電路的其他元件時(shí)，由于這些元件參數(shù)的差異 ，也可能導(dǎo)致過流電路的誤動(dòng)作，此時(shí)我們應(yīng)精細(xì)的調(diào)整該電阻的阻值。7. 開關(guān)管的維修及防止開關(guān)管炸裂方法。雖然UC3842有著完善的保護(hù)功能，但在實(shí)際中開關(guān)管擊穿、炸裂等故障還是比比皆是。我們?cè)诰S修開關(guān)電源時(shí)如果只是開關(guān)管損壞，更換開關(guān)管及保險(xiǎn)即可。

13、但實(shí)際維修開關(guān)電源時(shí)，一般不會(huì)一帆風(fēng)順，難免漏換一些沒檢查出來的元件，往往會(huì)因一念之差，通電造成保險(xiǎn)、開關(guān)管和UC3842同時(shí)損壞，產(chǎn)生爆炸，有時(shí)炸的很無賴，一連炸幾次后使人失去信心繼續(xù)往下維修。究其原因是：檢查時(shí)不大可能把每個(gè)元件從電路板上拆下來一一檢查，即使你把元件拆下來，有些非線性元件也不一定測得出好壞來；在路檢查又不準(zhǔn)確，一般是把很明顯損壞的元件或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)需要換的元件換后就通電，若遇電路脈寬頻率過低，使開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間過長或過流保護(hù)電路失效等都會(huì)燒毀管子。它損壞的最常見原因是電源開關(guān)管擊穿短路后，高電壓從極加到其腳而致使其燒毀換新開關(guān)管后，如果其他不良元件未更換，二次開機(jī)時(shí)又會(huì)引發(fā)新開關(guān)

14、管炸裂。遇到炸機(jī)的情況前面講的1-6幾點(diǎn)都要仔細(xì)檢查，切不可大意。這里介紹一種簡便檢修開關(guān)電源防止開關(guān)管炸裂方法：在開關(guān)電源交流輸入A、B間串入一只220V60W-200W的白熾燈泡，電路如附（圖五）所示。更換開關(guān)管后通電試機(jī)，正常情況下燈一閃而滅，此時(shí)開關(guān)電源輸出電壓正常。如果燈泡不亮，說明電源沒形成回路，有斷路現(xiàn)象。當(dāng)開關(guān)管或輸出端有嚴(yán)重短路時(shí)，燈泡顯示很亮；若電路有輕微短路，則燈泡微亮。這樣的通電試機(jī)方法不易引起開關(guān)管炸裂，且易快速劃斷和查找故障。其原理是：無論是何種原因?qū)е鹿茏语柡蛯?dǎo)通，由于燈泡的限流，管子的電流不會(huì)無限增大，管溫也不會(huì)增高，故管子不可能在一瞬間燒毀?？梢杂袡C(jī)會(huì)檢查元件直至修好，為維修爭得時(shí)間。，其次還能通過觀察燈泡的亮度來直觀感知電壓的高低、電流的大小及變化。這時(shí)你可以放心測量輸入輸出電壓，若輸出電壓正確，該電源就OK了。按上述方法檢測，待開關(guān)電源正常工作后，再取下燈泡，將附圖中A、B接通，然后再